KR20100069580A - Probe for measuring shape - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 형상 측정 프로브에 관한 것이다.The present invention relates to shape measurement probes.
형상 측정 프로브는 피측정물의 형상을 측정하기 위하여 피측정물에(예를 들어 상방으로부터) 접촉하는 접촉자를 가진다. 이 접촉자는 본체에 대하여(예를 들어 상하로) 이동 가능한 슬라이더의 선단에 마련된다.The shape measuring probe has a contacting contact with the object under test (eg from above) to measure the shape of the object under test. This contact is provided at the tip of the slider which is movable relative to the main body (for example, up and down).
형상 측정 프로브에는 공압(空壓)에 의해 슬라이더를 지지하는 공압식인 것이 있다. 공압식 형상 측정 프로브를 도 1에 나타낸다. 공압식 형상 측정 프로브는 전공(電空) 레귤레이터에 의해 제어되는 기체 공급 수단(41, 43, 45)을 가진다.Some shape measurement probes have a pneumatic type which supports the slider by pneumatic pressure. The pneumatic shape measuring probe is shown in FIG. The pneumatic shape measuring probe has gas supply means 41, 43, 45 controlled by an electrostatic regulator.
기체 공급 수단(41)은 공기 베어링으로서의 기능을 한다. 기체 공급 수단(41)으로부터 공간(47)으로 공압이 공급됨으로써, 슬라이더(49)는 본체(42) 내에서 본체(42)와 반경 방향에서 비접촉으로 지지된다.The gas supply means 41 functions as an air bearing. By supplying pneumatic pressure from the gas supply means 41 into the
기체 공급 수단(43)은 슬라이더(49)의 중력을 지지하는 기능을 한다. 기체 공급 수단(43)으로부터 공간(51)으로 공압이 공급됨으로써, 이 가압 기체에 의해 단차(段差)(53)에 상향의 압력이 가해진다. 이에 의해, 슬라이더(49)의 중력을 지지한다. 따라서, 접촉자(53)와 피측정물(1)의 접촉압을 작게 할 수 있어서, 접촉 자(53)로 피측정물(1)을 손상시키는 것을 방지할 수 있다.The gas supply means 43 functions to support the gravity of the
기체 공급 수단(45)은 생략할 수 있으며, 생략하지 않는 경우에는 슬라이더(49)에 추력(推力)을 부여하는 기능을 한다. 기체 공급 수단(45)으로부터 공간(55)으로 공압이 공급됨으로써, 이 가압 기체에 의해 단차(57)에 하향의 압력이 가해진다. 이에 의해, 슬라이더(49)에 대하여 하향 추력이 부여된다.The gas supply means 45 may be omitted, and if not omitted, the gas supply means 45 serves to apply a thrust to the
상술한 형상 측정 프로브는 3차원적으로 본체(42)를 이동시키는 것이 가능한 이동 장치에 탑재된다. 이 이동에 의해(또는 이것과 함께 기체 공급 수단(45)에 의해) 형상 측정 프로브의 접촉자(53)를 피측정물(1)에 상방으로부터 접촉시킨다. 이 접촉 시에, 본체(42)의 위치 및 본체(42)에 대한 접촉자(53)의 위치를 측정하여 접촉 위치로서 취득한다. 이어서, 본체(42)를 수평 방향으로 이동시켜, 다른 수평 방향 위치에서 마찬가지로 접촉 위치를 취득한다. 이와 같은 동작을 반복함으로써 다수의 접촉 위치를 취득하고, 이들 접촉 위치로부터 피측정물(1)의 표면 형상을 구한다.The shape measurement probe described above is mounted on a moving device capable of moving the
한편, 본체(42)에 대한 접촉자(53)의 위치는 반사경(57)과 레이저 변위계(59)를 이용하여 다음과 같이 구한다. 반사경(57)은 슬라이더(49)의 후단부에 마련되어 있다. 레이저 변위계(59)는 도광(導光) 수단(61)을 통하여 레이저 광을 반사경(57)을 향하여 방사하고, 반사경(57)과 방사 단면(61a)으로부터의 반사광에 근거하여 접촉자(53)의 위치를 측정하게 되어 있다. 한편, 슬라이더(49)의 길이와 방사 단면(61a)의 위치는 기지(旣知)이다.In addition, the position of the
상술한 바와 같은 형상 측정 프로브는 예를 들어 하기의 특허 문헌 1에 기재 되어 있다.The shape measuring probe as described above is described, for example, in
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2007-155440호 공보[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-155440
그러나, 상술한 공압식 형상 측정 프로브에 있어서, 공압으로 적절히 슬라이더를 지지, 동작시키기 위해서는 더스트 등이 존재하지 않는 깨끗한 환경에서 이 형상 측정 프로브를 이용할 필요가 있다. 즉, 통상적인 공장 환경에서는 공압식 형상 측정 프로브를 사용할 수 없다.However, in the above-described pneumatic shape measuring probe, it is necessary to use this shape measuring probe in a clean environment in which dust or the like does not exist in order to support and operate the slider properly at pneumatic pressure. In other words, pneumatic shape measurement probes cannot be used in a typical factory environment.
본 발명의 목적은 깨끗한 환경 이외의 환경에서도 사용할 수 있음과 함께, 접촉압을 작게 할 수 있는 형상 측정 프로브를 제공하는 것에 있다.An object of the present invention is to provide a shape measuring probe which can be used in an environment other than a clean environment and which can reduce the contact pressure.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 피측정물의 형상을 측정하기 위하여 피측정물에 상방으로부터 접촉하는 접촉자를 가지는 형상 측정 프로브로서,In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a shape measuring probe having a contactor in contact with the object under measurement in order to measure the shape of the object under test,
상기 접촉자를 선단에 가지고 본체에 대하여 상하로 이동 가능한 슬라이더와,A slider capable of moving up and down with respect to the main body with the contact at the tip;
상기 본체와 상기 슬라이더에 접속되고 상기 슬라이더에 상향 탄성력을 작용시키는 탄성체와,An elastic body connected to the main body and the slider to exert an upward elastic force on the slider;
상기 본체에 마련된 제1 자력(磁力) 작용부와.A first magnetic force acting portion provided in the main body;
상기 제1 자력 작용부와 상하 방향으로 대향하게 상기 슬라이더에 마련된 제2 자력 작용부를 구비하고,A second magnetic force acting part provided on the slider to face the first magnetic force acting part in a vertical direction;
제1 자력 작용부와 제2 자력 작용부는 서로 자력을 작용시킴으로써 상기 슬라이더에 하향 자력이 부여되게 되어 있고,The first magnetic force acting portion and the second magnetic force acting portion exert a downward magnetic force on the slider by applying magnetic force to each other,
상기 접촉자가 피측정물에 접촉함으로써 상기 슬라이더가 밀리면 상기 상향 탄성력이 감소하고 상기 하향 자력도 감소하는 것을 특징으로 하는 형상 측정용 프로브가 제공된다.When the slider is pushed by the contact with the object to be measured, the upward elastic force is reduced and the downward magnetic force is also provided.
상술한 본 발명의 형상 측정용 프로브에 따르면, 다음과 같이 접촉 압력을 작게 할 수 있다. 본 발명에서는, 슬라이더에 상기 상향 탄성력과 상기 하향 자력의 양방이 작용하게 되어 있다. 슬라이더 선단의 상기 접촉자가 피측정물에 접촉하여 밀려 올라가면 상기 상향 탄성력이 감소한다. 상향 탄성력의 감소분만큼 접촉압이 증가하지만, 본 발명에서는 이때 상기 하향 자력도 감소하므로 하향 자력의 감소분만큼 접촉압이 감소한다. 그 결과, 접촉압을 작게 할 수 있다.According to the shape measuring probe of the present invention described above, the contact pressure can be reduced as follows. In the present invention, both the upward elastic force and the downward magnetic force act on the slider. The upward elastic force decreases when the contactor at the tip of the slider is pushed up against the object under test. Although the contact pressure increases by a decrease of the upward elastic force, in the present invention, since the downward magnetic force also decreases, the contact pressure decreases by a decrease of the downward magnetic force. As a result, contact pressure can be made small.
또한, 본 발명의 형상 측정용 프로브는 공압식이 아니기 때문에 깨끗한 환경 이외에서도 사용 가능하다.Moreover, since the shape measuring probe of this invention is not pneumatic, it can be used also in a clean environment.
본 발명자의 바람직한 실시 형태에 따르면, 제1 자력 작용부는 제2 자력 작용부의 하측에 위치하고,According to a preferred embodiment of the inventors, the first magnetic force acting portion is located below the second magnetic force acting portion,
상기 접촉자가 피측정물에 접촉하고 있지 않은 상태에서는 제2 자력 작용부가 제1 자력 작용부에 접촉하여 지지됨으로써, 상기 슬라이더는 상기 탄성체를 개재하여 상기 본체에 지지될 뿐만 아니라, 상기 제2 자력 작용부와 제1 자력 작용부를 개재하여 상기 본체에 지지되어 있다.In the state where the contact is not in contact with the object to be measured, the second magnetic force acting portion is supported in contact with the first magnetic force acting portion, so that the slider is not only supported by the main body via the elastic body, but also the second magnetic force acting. It is supported by the said main body via a part and a 1st magnetic force action part.
이 실시 형태에서는, 상기 접촉자가 피측정물에 접촉하고 있지 않은 상태에서는 제2 자력 작용부가 제1 자력 작용부에 접촉하여 지지됨으로써, 상기 슬라이더는 상기 탄성체를 개재하여 상기 본체에 지지될 뿐만 아니라, 상기 제2 자력 작용부와 제1 자력 작용부를 개재하여 상기 본체에 지지되어 있으므로, 비접촉 시에 슬라이더의 상하 방향 위치가 안정된다.In this embodiment, when the contactor is not in contact with the object to be measured, the second magnetic force acting portion is supported in contact with the first magnetic force acting portion, so that the slider is not only supported by the main body via the elastic body, Since the main body is supported by the main body via the second magnetic force acting portion and the first magnetic force acting portion, the vertical position of the slider is stabilized at the time of non-contact.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르면, 제1 자력 작용부는 제2 자력 작용 부의 하측에 위치하고,According to a preferred embodiment of the present invention, the first magnetic force acting portion is located below the second magnetic force acting portion,
상기 제1 자력 작용부와 제2 자력 작용부 중, 일방은 자석이고 타방은 자성체이며,Of the first magnetic force action portion and the second magnetic force action portion, one is a magnet and the other is a magnetic material,
상기 자성체의 수평면에 따른 단면적이 상기 자석으로부터 수직 방향으로 멀어짐에 따라 커지고 있다.The cross-sectional area along the horizontal plane of the magnetic body is increasing as it moves away from the magnet in the vertical direction.
이 실시 형태에서는 다음과 같이, 상기 슬라이더가 밀리는 양의 소정 범위에서 일정하게 작은 값으로 접촉압을 유지할 수 있거나, 접촉압의 변동을 작게 억제할 수 있다. 상기 슬라이더가 밀리는 양이 증가함에 따라 제1 자력 작용부와 제2 자력 작용부의 거리는 커진다. 이 거리의 2승에 상기 하향 자력이 비례하므로, 당해 거리가 커지면 상기 하향 자력은 현저하게 감소한다. 이에 대하여, 당해 실시 형태에서는 상기 자성체의 수평면에 따른 단면적이 상기 자석으로부터 수직 방향으로 멀어짐에 따라 커지고 있으므로, 상기 거리의 증가에 따른 하향 자력의 감소량을 억제할 수 있다. 이에 의해, 상기 슬라이더가 밀릴 때에, 하향 자력의 감소량과 상향 탄성력의 감소량의 차이를 저감 또는 없앨 수 있다. 이에 의해, 상기 슬라이더가 밀리는 양의 소정 범위에서 일정하게 작은 값으로 접촉압을 유지할 수 있거나, 접촉압의 변동을 작게 억제할 수 있다.In this embodiment, the contact pressure can be maintained at a constant small value in a predetermined range of the amount in which the slider is pushed, or the fluctuation in the contact pressure can be suppressed small as follows. As the amount of pushing the slider increases, the distance between the first magnetic force action portion and the second magnetic force action portion increases. Since the downward magnetic force is proportional to the square of this distance, the downward magnetic force decreases significantly as the distance increases. On the other hand, in the said embodiment, since the cross-sectional area along the horizontal plane of the said magnetic body becomes large as it moves away from the said magnet in a perpendicular direction, the amount of decrease of the downward magnetic force accompanying the increase of the said distance can be suppressed. As a result, when the slider is pushed, the difference between the decrease in the downward magnetic force and the decrease in the upward elastic force can be reduced or eliminated. As a result, the contact pressure can be maintained at a constant small value in a predetermined range of the amount in which the slider is pushed, or the variation in the contact pressure can be suppressed to be small.
한편, 이 실시 형태는, 상기 자성체는 자성의 강도가 3차원적으로 균일한 경우에 특히 효과적이다.On the other hand, this embodiment is particularly effective when the magnetic body is uniformly three-dimensional in intensity.
본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 제1 자력 작용부는 제2 자력 작용부의 하측에 위치하고,According to another embodiment of the present invention, the first magnetic force acting portion is located below the second magnetic force acting portion,
상기 제1 자력 작용부와 제2 자력 작용부 중, 일방은 자석이고 타방은 자성체이며,Of the first magnetic force action portion and the second magnetic force action portion, one is a magnet and the other is a magnetic material,
상기 자성체가 상기 자석으로부터 수직 방향으로 멀어짐에 따라 자석이 강해지고 있다.As the magnetic body moves away from the magnet in the vertical direction, the magnet becomes stronger.
이 실시 형태에서도 상기 슬라이더가 밀리는 양의 소정 범위에서 일정하게 작은 값으로 접촉압을 유지할 수 있거나, 접촉압의 변동을 작게 억제할 수 있다. 상기 슬라이더가 밀리는 양이 증가함에 따라 제1 자력 작용부와 제2 자력 작용부의 거리는 커진다. 이 거리의 2승에 상기 하향 자력이 비례하므로, 당해 거리가 커지면 상기 하향 자력은 현저하게 감소한다. 이에 대하여, 당해 실시 형태에서는 상기 자성체가 상기 자석으로부터 수직 방향으로 멀어짐에 따라 자성이 강해지고 있으므로, 상기 거리의 증가에 따른 하향 자력의 감소량을 억제할 수 있다. 이에 의해, 상기 슬라이더가 밀릴 때에, 하향 자력의 감소량과 상향 탄성력의 감소량의 차이를 저감 또는 없앨 수 있다. 이에 의해, 상기 슬라이더가 밀리는 양의 소정 범위에서 일정하게 작은 값으로 접촉압을 유지할 수 있거나, 접촉압의 변동을 작게 억제할 수 있다.In this embodiment as well, the contact pressure can be maintained at a constant small value in a predetermined range of the amount in which the slider is pushed, or the variation in the contact pressure can be suppressed to be small. As the amount of pushing the slider increases, the distance between the first magnetic force action portion and the second magnetic force action portion increases. Since the downward magnetic force is proportional to the square of this distance, the downward magnetic force decreases significantly as the distance increases. On the other hand, in the said embodiment, since the magnetic body becomes stronger as the magnetic body moves away from the magnet in the vertical direction, the amount of decrease in the downward magnetic force due to the increase in the distance can be suppressed. As a result, when the slider is pushed, the difference between the decrease in the downward magnetic force and the decrease in the upward elastic force can be reduced or eliminated. As a result, the contact pressure can be maintained at a constant small value in a predetermined range of the amount in which the slider is pushed, or the variation in the contact pressure can be suppressed to be small.
본 발명에 따르면, 깨끗한 환경 이외의 환경에서도 사용할 수 있음과 함께, 접촉압을 작게 할 수 있다.According to the present invention, it can be used in an environment other than a clean environment, and the contact pressure can be reduced.
본 발명의 바람직한 실시 형태를 도면을 참조하면서 설명한다. 한편, 각 도 면에서 공통되는 부분에는 동일한 부호를 부여하여 중복된 설명을 생략한다.Preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 형상 측정 프로브(10)의 구성도이다. 도 2에 있어서, 파선(破線)은 형상 측정 프로브(10)의 본체(13)를 투시한 부분을 나타낸다. 도 3은 본체의 도시를 생략하여 형상 측정 프로브(10)를 나타낸 도면이다.2 is a configuration diagram of the
형상 측정 프로브(10)는 피측정물(1)의 형상을 측정하기 위하여 접촉자(3)를 상방으로부터 피측정물(1)에 접촉시킨다. 형상 측정 프로브(10)는 슬라이더(5), 탄성체(7), 제1 자력 작용부(9), 및 제2 자력 작용부(11)를 구비한다.The
슬라이더(5)는 접촉자(3)를 선단에 가지고 본체(13)에 대하여 상하로 이동 가능하다. 이 예에서는, 슬라이더(5)는 본체(13)에 마련된 가이드 휠(15)에 의해 상하로 가이드된다. 가이드 휠(15)은 그 회전축(15a)을 개재하여 본체(13)에 회전 가능하게 부착되어 있다. 도 2 및 도 3의 예에서는, 슬라이더(5)를 좌우로 사이에 끼우는 좌우 한 쌍의 가이드 휠(15)이 상하 2 개소에 마련되어 있지만, 지면(紙面)에 수직인 전후 방향에 슬라이더(5)를 전후로 사이에 끼우는 전후 한 쌍의 가이드 휠(15)(도시하지 않음)을 상하 2 개소에 더 마련해도 된다.The
탄성체(7)는 본체(13)와 슬라이더(5)에 접속되고, 본체(13)에 대한 슬라이더(5)의 상하 방향 위치에 따른 상향 탄성력을 슬라이더(5)에 작용시킨다. 도 2 및 도 3의 예에서는, 탄성체(7)는 1쌍의 코일 스프링으로 이루어진다. 각 코일 스프링(7)은 그 일단부가 본체(13)에 고정되고, 그 타단부가 슬라이더(5)에 고정되어 상하 방향을 향하게 배치된다. 도 2 및 도 3의 예에서는, 각 코일 스프링(7)의 일단부는 본체(13)에 부착되어 도 2 및 도 3의 지면과 수직 방향으로 연장되는 핀(17)에 고정되고, 각 코일 스프링(7)의 타단부는 슬라이더(5)로부터 수평 방향으로 연장되는 부착부(19)에 고정된다.The
제1 자력 작용부(9)는 본체(13)(이 예에서는 후술하는 본체(13)의 부착대(27))에 마련된다. 제2 자력 작용부(11)는 제1 자력 작용부(9)와 상하 방향으로 대향하게 슬라이더(5)에 마련된다. 제1 자력 작용부(9)와 제2 자력 작용부(11)는 서로 자력을 작용시킴으로써, 본체(13)에 대한 슬라이더(5)의 상하 방향 위치에 따른 하향 자력이 슬라이더(5)에 부여되게 되어 있다. 이 예에서는, 제1 자력 작용부(9)는 자성을 가지는 재료(예를 들어, 자성을 가지는 스테인리스강)로 구성된 자성체이고 제2 자력 작용부(11)는 영구 자석이다.The 1st magnetic
접촉자(3)가 피측정물(1)에 접촉함으로써 슬라이더(5)가 밀려 올라가면, 상기 상향 탄성력이 감소하고 상기 하향 자력도 감소한다.When the
본 실시 형태에 따른 형상 측정 프로브(10)를 더욱 상세하게 설명한다.The
도 2 및 도 3의 예에서는, 제1 자력 작용부(9)는 제2 자력 작용부(11)의 하측에 위치한다. 접촉자(3)가 피측정물(1)에 접촉하고 있지 않은 상태에서는 제2 자력 작용부(11)가 제1 자력 작용부(9)에 접촉하여 지지됨으로써, 슬라이더(5)는 탄성체(7)를 개재하여 본체(13)에 지지될 뿐만 아니라, 제2 자력 작용부(11)와 제1 자력 작용부(9)를 개재하여 본체(13)에 지지되게 되어 있다. 바람직하게, 접촉자(3)가 피측정물(1)에 접촉하고 있지 않은 상태에서는 슬라이더(5)의 전체 중력 중 대부분이 탄성체(7)를 개재하여 본체(13)에 지지되고 나머지 얼마 안 되는 부분이 제2 자력 작용부(11)와 제1 자력 작용부(9)를 개재하여 본체(13)에 지지되게 탄 성체(7)가 조정되어 있다.In the example of FIGS. 2 and 3, the first magnetic
이와 같은 탄성체(7)의 조정은 예를 들어, 다음의 조정 기구(21)에 의해 이루어져도 된다. 도 4는 도 2에서 지면과 반대 측으로부터 형상 측정 프로브(10)를 본 도면이며, 조정 기구(21)를 나타낸다. 조정 기구(21)는 본체(13)에 대하여 상하 방향으로 위치 조정 가능한 조정판(23)과, 위치 조정된 조정판(23)을 본체(13)에 고정하는 나사(25)를 가진다. 조정판(23)에는 탄성체(7)가 부착된 상기 핀(17)이 고정되어 있다. 나사(25)는 수나사가 형성된 나사부(25a)와, 이 나사부보다 치수가 큰 나사 헤드(25b)를 가진다. 이 나사(25)가 조정판(23)에 마련된 상하로 긴 관통 홀(23a)을 통하여 본체(13)에 마련된 암나사부에 나사결합시킴으로써, 조정판(23)을 상하로 위치 조정하여 본체(13)에 고정할 수 있다.Such adjustment of the
제1 자력 작용부(9)는 도 2 및 도 3의 예에서는 본체(13)에 마련된 부착대(27)에 부착되어 있다. 이 부착대(27)는 조정 기구(21)와 마찬가지로 기구에 의해, 또는 다른 적절한 기구에 의해 본체(13)에 대하여 상하로 위치 조정되어 본체(13)에 고정되게 해도 된다.The 1st magnetic
도 5는 도 3의 V-V선에서 본 도면이며, 슬라이더(5)에 형성된 오목부(6)를 나타낸다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 제1 자력 작용부(9)와 제2 자력 작용부(11)는 오목부(6) 내에 배치된다. 한편, 부호 6a는 오목부(6)의 저면을 나타낸다.FIG. 5 is a view seen from the line V-V in FIG. 3 and shows the
제1 자력 작용부(9)인 자성체(9)의 수평면에 따른 단면적이 상기 자석으로부터 수직 방향으로 멀어짐에 따라 커지고 있다. 도 2 및 도 3의 예에서는 자성체(9)는 사각뿔이지만, 그 대신 삼각뿔, 원뿔, 사각뿔대, 또는 다른 적절한 형상을 가지 고 있어도 된다.The cross-sectional area along the horizontal plane of the
형상 측정 프로브(10)는 또한, 도시를 생략하지만 3차원적으로 본체(13)를 이동시키는 이동 장치와, 접촉자(3)가 피측정물(1)에 접촉했을 때의 접촉자(3)의 접촉 위치를 검출함으로써 피측정물(1)의 형상을 구하는 형상 취득 장치를 구비한다.The
이동 장치는 본체(13)의 방향을 같은 수직 하향으로 유지한 채로 서로 교차(직교)하는 제1 수평 방향과 제2 수평 방향, 및 수직 방향으로 본체(13)를(예를 들어, 직선적으로) 이동시킨다. 예를 들어, 이동 장치에 의해 1개의 수평 방향 위치로 본체(13)를 위치시켜 본체(13)를 수직 하방으로 이동시킴으로써 접촉자(3)를 피측정물(1)에 상방으로부터 접촉시킨다. 이동 장치는 공지된 적절한 것이면 된다.The moving device keeps the main body 13 (for example, linearly) in the first and second horizontal directions and the vertical direction crossing each other (orthogonally) while maintaining the direction of the
형상 취득 장치는 접촉자(3)가 피측정물(1)에 접촉한 접촉 시에 본체(13)의 3차원 위치 (x, y, z)를 측정하는 본체 위치 계측 장치와, 당해 접촉 시에 본체(13)에 대한 접촉자(3)의 위치를 측정하는 접촉자 위치 측정 장치를 가진다. 본체 위치 계측 장치는 본체(13)의 제1 수평 방향 위치 x를 계측하는 위치 계측기(예를 들어, 리니어 스케일), 본체(13)의 제2 수평 방향 위치 y를 계측하는 위치 계측기(예를 들어, 리니어 스케일), 및 본체(13)의 수직 방향 위치 z를 계측하는 위치 계측기(예를 들어, 리니어 스케일)를 가진다. 접촉자 위치 측정 장치는 반사경(31)과 레이저 변위계(33)를 가진다(도 2를 참조). 반사경(31)은 슬라이더(5)의 후단부에 마련되어 있다. 레이저 변위계(33)는 도광 수단(35)을 통하여 레이저 광을 반사경(31)을 향하여 방사하고, 반사경(31)으로부터의 반사광 및 도광 수단(35)의 방사 단면(35a)으로부터의 반사광에 근거하여 본체(13)에 대한 접촉자(3)의 위치를 산출한다.The shape acquiring device includes a main body position measuring device that measures a three-dimensional position (x, y, z) of the
이와 같이 구한 본체(13)의 3차원 위치 (x, y, z), 본체(13)에 대한 접촉자(3)의 위치, 슬라이더(5)의 길이 등에 근거하여, 형상 취득 장치는 접촉자(3)가 피측정물(1)에 접촉한 접촉 시의 피측정물(1)에 대한 접촉자(3)의 접촉 위치를 산출한다. 한편, 슬라이더(5)의 길이와 방사 단면(35a)의 위치는 기지이다.Based on the three-dimensional position (x, y, z) of the
이어서, 이동 장치에 의해 본체(13)를 제1 수평 방향 또는 제2 수평 방향으로 이동시켜, 다른 수평 방향 위치에서 마찬가지로 상기 접촉 시의 피측정물(1)에 대한 접촉자(3)의 접촉 위치를 취득한다. 이와 같은 동작을 반복함으로써 형상 취득 장치는 다수의 접촉 위치를 취득하고, 이들 접촉 위치로부터 피측정물(1)의 표면 형상을 구한다.Subsequently, the
상술한 본 발명의 형상 측정용 프로브에 따르면, 이하의 효과 (1) 내지 (4)가 얻어진다.According to the shape measuring probe of the present invention described above, the following effects (1) to (4) are obtained.
(1) 다음과 같이 접촉 압력을 작게 할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 슬라이더(5)에 상기 상향 탄성력과 상기 하향 자력의 양방이 작용하게 되어 있다. 슬라이더(5) 선단의 접촉자(3)가 피측정물(1)에 접촉하여 밀리면(도 6의 상태) 상기 상향 탄성력이 감소한다. 상향 탄성력의 감소분만큼 접촉압이 증가하지만, 본 실시 형태에서는 이때 상기 하향 자력도 감소하므로, 하향 자력의 감소분만큼 접촉압이 감소한다. 그 결과, 접촉압을 작게 할 수 있다.(1) The contact pressure can be reduced as follows. In this embodiment, both the upward elastic force and the downward magnetic force act on the
(2) 본 실시 형태에 따른 형상 측정용 프로브는 공압식이 아니기 때문에, 깨 끗한 환경 이외에서도 사용 가능하다.(2) Since the shape measuring probe according to the present embodiment is not pneumatic, it can be used outside of a clean environment.
(3) 접촉자(3)가 피측정물(1)에 접촉하고 있지 않은 상태에서는 제2 자력 작용부(11)가 제1 자력 작용부(9)에 접촉하여 지지됨으로써, 슬라이더(5)는 탄성체(7)를 개재하여 본체(13)에 지지될 뿐만 아니라, 제2 자력 작용부(11)와 제1 자력 작용부(9)를 개재하여 본체(13)에 지지되게 되어 있으므로, 비접촉 시에 슬라이더(5)의 상하 방향 위치가 안정된다.(3) In the state where the
(4) 슬라이더(5)가 밀리는 양의 소정 범위에서 일정하게 작은 값으로 접촉압을 유지할 수 있거나, 접촉압의 변동을 작게 억제할 수 있다. 슬라이더(5)가 밀리는 양이 증가함에 따라 제1 자력 작용부(9)와 제2 자력 작용부(11)의 거리는 커진다. 이 거리의 2승에 상기 하향 자력이 비례하므로, 당해 거리가 커지면 상기 하향 자력은 현저하게 감소한다.(4) The contact pressure can be maintained at a constant small value in a predetermined range of the amount by which the
이에 대하여, 본 실시 형태에서는, 자성체(9)의 수평면에 따른 단면적이 상기 자석으로부터 수직 방향으로 멀어짐에 따라 커지고 있으므로, 상기 거리의 증가에 따른 하향 자력의 감소량을 억제할 수 있다. 도 2 및 도 3의 예에서는, 상기 거리의 증가에 따른 하향 자력의 감소량은 상기 거리의 증가량에 비례한다. 이에 의해, 슬라이더(5)가 밀릴 때에, 하향 자력의 감소량과 상향 탄성력의 감소량의 차이를 저감 또는 없앨 수 있다. 이에 의해, 슬라이더(5)가 밀리는 양의 소정 범위에서 일정하게 작은 값으로 접촉압을 유지할 수 있거나, 접촉압의 변동을 작게 억제할 수 있다.On the other hand, in this embodiment, since the cross-sectional area along the horizontal plane of the
도 7은 본 실시 형태에 따른 형상 측정 프로브(10)로 얻어진 접촉압 특성을 나타내는 그래프이다. 도 7에 있어서, 가로축은 슬라이더(5)가 밀린 양(㎜)을 나타낸다. 즉, 가로축은 상기 이동 장치에 의해 본체(13)가 하방으로 이동됨으로써 접촉자(3)가 피측정물(1)에 접촉하고, 이에 의해 슬라이더(5)가 밀린 거리(㎜)를 나타낸다. 또한, 도 7에서 세로축은 접촉자(3)와 피측정물(1)의 접촉압(g)을 나타낸다. 또한, 도 7에서 정사각형으로 나타내는 측정점을 이은 그래프는 마름모꼴로 나타내는 측정점을 이은 그래프보다 슬라이더(5)의 중량이 2g 무거운 경우를 나타내고 있다.7 is a graph showing the contact pressure characteristics obtained with the
도 7에 있어서, 밀린 양이 1㎜ 이상이 되면 접촉압이 일정하게 작은 값(2g 정도)이 된다. 특히, 밀린 양이 1.2㎜ ~ 2.3㎜인 범위에서는 높은 정밀도로 접촉압이 일정하게 유지되고 있다. 한편, 밀린 양이 1㎜ 이하인 범위에서 접촉압이 커져 있는 이유는, 자성체(9)가 영구 자석(11)에 너무 가까우면, 자성체(9)가, 자력선이 집중되어 포화되어 있는 영역 내에 위치하게 되므로, 영구 자석(11)과 자성체(9) 사이에 충분한 자력이 작용하지 않기 때문이다. 한편, 접촉압은 예를 들어, 중량을 계측하는 저울의 저울대를 피측정물(1)로 하여 이 저울대에 접촉자(3)를 접촉시킴으로써 접촉압을 계측할 수 있다.In FIG. 7, when the amount pushed becomes 1 mm or more, the contact pressure becomes a constant small value (about 2 g). In particular, the contact pressure is kept constant with high precision in the range where the amount pushed is 1.2 mm-2.3 mm. On the other hand, the reason why the contact pressure increases in the range where the amount of push is 1 mm or less is that if the
도 8은, 상술한 실시 형태에 따른 형상 측정 프로브(10)에 의해 얻어진 피측정물의 형상 측정 결과와, 고정밀도의 공압식 형상 측정 프로브에 의해 얻어진 피측정물의 형상 측정 결과의 비교를 나타내는 그래프이다. 도 8에 있어서, 가로축은 측정 위치(㎜)를 나타내고 세로축은 형상 측정 프로브의 변위(㎜)를 나타낸다. 마름모꼴의 측정점을 이은 그래프는 본 실시 형태의 경우를 나타내고 정사각형의 측 정점을 이은 그래프는 공압식 형상 측정 프로브의 경우를 나타낸다. 도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시 형태에 따라, 고정밀도의 공압식 형상 측정 프로브와 같은 정도의 정밀도로 형상 측정을 행할 수 있다.8 is a graph showing a comparison between the shape measurement result of the measurement object obtained by the
본 발명은 상술한 실시 형태로 한정되지 않으며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경할 수 있음은 물론이다.This invention is not limited to embodiment mentioned above, Of course, it can change variously in the range which does not deviate from the summary of this invention.
예를 들어, 상술한 실시 형태에서는 제1 자력 작용부(9)를 본체(13)에 마련하고 제2 자력 작용부(11)를 슬라이더(5)에 마련하였지만, 제2 자력 작용부(11)를 본체(13)에 마련하고 제1 자력 작용부(9)를 슬라이더(5)에 마련해도 된다. 이 경우, 형상 측정 프로브(10)의 다른 구성은 상술한 실시 형태와 같아도 된다.For example, in the above-mentioned embodiment, although the 1st magnetic
또한, 상술한 실시 형태에서는 자성체(9)의 수평면에 따른 단면적이 상기 자석으로부터 수직 방향으로 멀어짐에 따라 커지고 있지만, 그 대신에 자성체(9)가 상기 자석으로부터 수직 방향으로 멀어짐에 따라 자성이 강해지게 해도 된다. 이 구성에서도 슬라이더(5)가 밀린 양의 소정 범위에서 일정하게 작은 값으로 접촉압을 유지할 수 있거나, 접촉압의 변동을 작게 억제할 수 있다. 이 경우, 자성체(9)의 수평면에 따른 단면적은 수직 방향에 대하여 일정해도 된다.In addition, in the above-described embodiment, the cross-sectional area along the horizontal plane of the
탄성체(7)는 코일 스프링 이외의 것이어도 된다. 예를 들어, 탄성체(7)는 유압 실린더 장치, 공압 실린더 장치, 또는 다른 적절한 것이어도 된다.The
제2 자력 작용부(11)를 전자석으로 하는 것도 가능하다.It is also possible to use the second magnetic
도 1은 공압식 형상 측정 프로브의 구성예이다.1 is a configuration example of a pneumatic shape measuring probe.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 형상 측정 프로브의 구성도이다.2 is a configuration diagram of a shape measurement probe according to an embodiment of the present invention.
도 3은 도 2에서 본체를 생략한 투시도이다. 3 is a perspective view of the main body omitted from FIG.
도 4는 도 2에서 지면(紙面)의 반대 측으로부터 본 도면이다.FIG. 4 is a view seen from the opposite side of the ground in FIG. 2.
도 5는 도 3의 V-V선에서 본 도면이다.5 is a view seen from the line V-V in FIG.
도 6은 접촉자가 피측정물에 접촉함으로써 슬라이더가 밀린 상태를 나타낸다.6 shows a state in which the slider is pushed because the contactor contacts the object to be measured.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 따른 형상 측정 프로브로 얻어진 접촉압 특성을 나타내는 그래프이다.It is a graph which shows the contact pressure characteristic obtained with the shape measuring probe which concerns on embodiment of this invention.
도 8은 본 발명의 실시 형태에 따른 형상 측정 프로브로 얻어진 피측정물의 형상 측정 결과와, 고정밀도의 공압식 형상 측정 프로브에 의해 얻어진 피측정물의 형상 측정 결과의 비교를 나타내는 그래프이다.It is a graph which shows the comparison of the shape measurement result of the to-be-measured object obtained with the shape measuring probe which concerns on embodiment of this invention, and the shape measurement result of the measured object obtained by the high-precision pneumatic shape measurement probe.
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